CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN NHÂN TẠO CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC

1. CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN KHÍ HẬU ÁNH SÁNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN YÊU CẦU CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN 2. CHIẾU SÁNG NHÂN TẠO BỨC XẠ, ÁNH SÁNG, MÀU SẮC MẮT NGƯỜI SỰ CẢM THỤ AS, MÀU SẮC CÁC ĐƠN VỊ CƠ BẢN TIỆN NGHI NHÌN NHIỆT ĐỘ MÀU VÀ TIỆN NGHI MÔI TRƯỜNG SÁNG

Trang 1

VẬT LÝ KIẾN TRÚC

PHẦN II

CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN & NHÂN TẠO

CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC

Trang 2

CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC

1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1 BỨC XẠ, ÁNH SÁNG, MÀU SẮC

 Mọi vật thể ở nhiệt độ lớn hơn không độ tuyệt đối

(0K) sẽ không ngừng bức xạ năng lượng vào không gian chung quanh nó dưới dạng sóng điện từ.

 Bước sóng thay đổi trong một phạm vi rất rộng từ

10-10m đến 2 – 3 km

 Chỉ có một phần bức xạ trong phạm vi bước sóng rất hẹp từ 380 mμ đến 760 mμ mới gây ra trong mắt chúng ta cảm giác sáng và được gọi là ánh sáng.

Trang 3

1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

 Mắt người giống như một thiết bị thu nhận ánh sáng

theo từng dải rất hẹp trong phạm vi từ 380mμ đến 760mμ

 Mỗi dải hẹp đó cho ta một cảm giác màu sắc khác

nhau ứng với các dải màu: tím , lam, xanh, lục, vàng,

da cam, hồng đỏ

 Chúng ta có thể xem xét màu sắc khác nhau của một

nguồn sáng khi cho ánh sáng chiếu qua một lăng kính theo thí nghiệm của Newton, tương tự như hiện tượng cầu vồng ta thường thấy khi ánh sáng mặt trời chiếu qua một đám mưa

Trang 4

Lăng kính tách ánh sáng thành các tia đơn sắc

Trang 5

 Có thể biểu diễn AS của nguồn sáng dưới dạng phổ AS

 Ánh sáng chỉ gồm một bước sóng gọi là ánh sáng đơn sắc, nó chỉ có một màu thuần khiết

 Nếu ánh sáng là một pha trộn liên tục của tất cả các bước sóng (từ 380 mμ đến 760 mμ) với liều lượng khác nhau sẽ cho ta một phổ AS liên tục

 Sự pha trộn của tất cả các màu sắc tự nhiên tạo nên một ánh sáng không màu hay còn gọi là ánh sáng trắng.

 Phổ của ánh sáng có thể không liên tục, hay còn gọi là phổ vạch VD: ánh sáng của một loại đèn phóng điện

Trang 6

 Ánh sáng ban ngày mà mắt chúng ta nhìn thấy được

là tập hợp liên tục những ánh sáng đơn sắc từ màu tím đến màu đỏ

 Nhiều ánh sáng đơn sắc sẽ tạo thành ánh sáng phức

tạp

 Tính chất của một ánh sáng phức tạp được quyết

định bởi tỷ lệ cường độ quang phổ của các ánh sáng

này rất có ý nghĩa trong chiếu sáng kiến trúc

Trang 7

năng chuyển đổi không

tuyến tính và thay đổi theo

thời gian các kích thích

quang học thành các tín

hiệu điện để truyền lên

não và tạo nên ở đó một

hiện trượng gọi là sự nhìn

Trang 8

Trang 9

1.2 MẮT NGƯỜI & SỰ CẢM THỤ AS, MÀU SẮC

1.2.2 SỰ NHÌN

 Trên võng mạc có các tế bào thần kinh (các tế bào quang điện)

được nối lên não qua các dây thần kinh thị giác Nhờ vậy, các tín hiệu thần kinh (tín hiệu điện) được truyền lên não tương thích với các kích thích thị giác.

 Có hai loại tế bào thần kinh thị giác: loại hình nón và loại hình

que

 Tế bào nón, chỉ phản ứng đối với ánh sáng mạnh, hầu như không

phản ứng đối với ánh sáng yếu và cho phép cảm thụ màu sắc

Sự nhìn sử dụng tế bào nón là sự nhìn ban ngày hay nhìn trung tâm

 Tế bào que: Ngược lại với tế bào nón, tế bào que chỉ cảm thụ

được ánh sáng thấp (như lúc hoàng hôn, lúc ánh trăng, …) và không cho cảm giác màu sắc (vì vậy lúc hoàng hôn chỉ nhìn thấy cảnh vật một màu xám) Sự nhìn sử dụng tế bào que là sự nhìn ban đêm hay nhìn ngoại vi.

Trang 10

1.2.2 SỰ NHÌN

Trang 11

1.2.2 SỰ NHÌN

Trang 12

1.2.2 SỰ NHÌN

 Khi chuyển từ nhìn ban ngày sang nhìn ban

đêm hoặc ngược lại, cảm giác sáng không xảy

ra tức thời, mà phải qua một thời gian Đó là hiện tượng thích ứng của mắt

 Gọi là thích ứng sáng khi chuyển từ tối sang

sáng và thích ứng tối khi chuyển từ sáng sang tối

 Sự thích ứng sáng sảy ra nhanh hơn thích ứng

tối và và chúng rất có ý nghĩa trong thiết kế chiếu sáng tự nhiên và nhân tạo

Trang 13

Trang 14

1.2.3 SỰ NHÌN MÀU

 Trong mắt người có ba loại tế bào cảm thụ màu của

ánh sáng:

 Loại trội với màu đỏ

 Loại trội với màu lam

 Tùy theo tương quan giữa cảm giác của ba loại tế bào

trên với ánh sáng mà chúng ta cảm nhận được màu sắc của mọi vật

 Một bằng chứng của lý thuyết ba màu là bệnh mù màu

sắc ở một số người Có một số người không cảm nhận được màu đỏ hoặc màu lục hoặc màu xanh Lúc đó cảm giác về màu sắc so với người xung quanh hoàn toàn đảo lộn so với người bình thường.

Trang 15

1.3 CÁC ĐƠN VỊ CƠ BẢN

1.3.1 QUANG THÔNG F, LUMEN (lm)

 Bức xạ ánh sáng của một nguồn vào không gian

trước hết được đánh giá bằng năng lượng bức xạ

đo bằng oát (W) Oát là một đơn vị thuần túy vật lý

 Các thực nghiệm về ánh sáng cho thấy, cùng

một năng lượng nhưng bức xạ dưới các bước sóng khác nhau lại không gây hiệu quả giống nhau trong mắt chúng ta Vì vậy cần phải hiệu chỉnh đơn vị đo theo độ nhạy cảm phổ của mắt người (đường cong νλ) đơn vị mới này được gọi là

quang thông, kí hiệu là F, và được biểu diễn theo công thức sau:

Trang 16

 Wλ là phân bố phổ của năng lượng bức xạ;

 νλ là hàm số độ nhạy cảm tương đối;

 k là hệ số chuyển đổi đơn vị;

 λ1 = 380 mµ, λ 2 = 760 mµ,

λ

λ λ

λv d kW

2

1

Trang 17

Nếu năng lượng bức xạ đo bằng oát, quang

thông đo bằng lumen (viết tắt là lm), thì theo

thực nghiệm k = 683 lm/W

Khi đó ta có :

Như vậy, quang thông là một đơn vị đo ánh sáng

đã xét đến đặc điểm cảm thụ của mắt người

λ

λ λ

λv d W

F = ∫2

1

683

Trang 18

1.3.2 CƯỜNG ĐỘ SÁNG I, CANDELA (cd)

 Xét trường hợp chung khi một nguồn sáng bức xạ

quang thông không đồng đều vào vào không gian quanh nó

 Giả thiết một ngồn sáng O bức xạ một năng lượng

quang thông dF tới một điểm A – tâm của một diện tích dS Gọi dΩ là góc khối nhìn diện tích dS

từ O Ta định nghĩa Cường độ sáng I là :

Ω

=

→ Ω

→

d

dF I

d

OA lim0

Trang 19

F I

Trang 20

 Cường độ sáng luôn gắn liền với một hướng đã cho và được

biểu diễn bằng một véctơ theo hướng đó Mô đun của nó được đo bằng candela (cd).

 Nói cách khác, cường độ sáng là mật độ không gian của

quang thông do nguồn bức xạ.

 Cường độ sáng của một số nguồn thường gặp:

 Ngọn nến: 0,8 cd theo mọi hướng

không gian

 Đèn nung sáng 40W/220V: 35 cd theo mọi hướng

 Đèn nung sáng 300W/220V: 400 cd theo mọi hướng

 Đèn nung sáng 300W/220V: 1500 cd (hướng trung tâm – có chao đèn)

Trang 21

Góc khối Ω, steradian (st)

 Góc khối Ω là góc không gian mà qua nó ta nhìn

diện tích S trên mặt cầu từ tâm O của cầu Ta có định nghĩa:

 Vậy góc khối Ω được định nghĩa là tỷ số giữa diện

tích S trên mặt cầu và bình phương bán kính R

Trang 22

 Góc khối có giá trị cực đại khi từ tâm O ta nhìn

toàn bộ mặt cầu bao quanh nó Khi đó:

Ω

R

R R

S

; st

Trang 23

1.3.3 ĐỘ RỌI E, LUX (lx)

 Độ rọi là mật độ quang thông trên bề mặt được

chiếu sáng Như vậy nếu một bề mặt diện tích S, nhận được một quang thông F thì độ rọi E được xác định theo công thức:

 Đơn vị độ rọi là lux (lx), 1 lux = 1 lm/m2

 Kết quả tính toán trên cho chúng ta độ rọi trung

bình của bề mặt S

S F

E =

Trang 24

 Xét một điểm M trên bề mặt đó Điểm là một

phần tử của bề mặt khi diện tích của nó giảm dần đến không Quang thông bức xạ theo hướng tới điểm M khi góc khối giảm dần đến không cũng chính là cường độ sáng trên hướng này Vậy cường độ này cho ta độ rọi tại điểm M

 Vậy mỗi một điểm M của bề mặt tồn tại một độ

rọi điểm ứng với cường độ sáng tới điểm đó Trị

số trung bình của độ rọi tất cả các điểm trên bề mặt S chính là độ rọi trung bình của bề mặt này

Trang 25

 Tỷ số giữa độ rọi ở điểm chiếu sáng yếu nhất và độ rọi trung

bình của một bề mặt được gọi là hệ số đồng đều độ rọi.

 Sau đây là một vài trị số độ rọi thường gặp:

 Độ rọi giữa trưa trên mặt đất ở Hà Nội thay đổi từ 35000 -

70000 lx.

 Cũng như trên khi trời đầy mây từ 25000 đến 35000 lx

 Độ rọi đêm trăm rằm 0,25 lx

 Độ rọi cho phòng làm việc 200 - 400 lx

 Độ rọi trên đường phố có đèn chiếu sáng 20 - 50 lx

Trang 26

 Quan hệ giữa độ rọi, cường độ và khoảng cách

 Xét một nguồn điểm O bức xạ quang thông với

cường độ I tới một vi phân diện tích dS ở khoảng cách r so với nguồn N là pháp tuyến của dS và dΩ

là góc khối từ O nhìn dS Ta có:

 Quan hệ này cho thấy độ rọi tỷ lệ thuận với cường

độ sáng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ nguồn tới mặt được chiếu sáng

2

cos

r I

E = α

Trang 27

 Quan hệ giữa độ rọi, cường độ và khoảng cách

Trang 28

1.3.4 ĐỘ CHÓI L cd/m2

 Một bề mặt được chiếu sáng sẽ phản xạ lại một

phần quang thông nhận được và được coi là nguồn phát sáng thứ cấp Bề mặt của nó sẽ bức

xạ quang thông theo mọi hướng không gian

 Người ta định nghĩa độ chói L của một bề mặt

phát sáng dS theo một hướng khảo sát là tỷ số giữa cường độ sáng Iα theo hướng đó và diện tích mặt bao nhìn thấy dS từ hướng đó

 Đơn vị độ chói là cd/m2

α

α α

cos

dS I

Trang 29

 Độ chói của một mặt bức xạ không phụ thuộc

khoảng cách từ mặt đó đến điểm quan sát

dS I

L⊥ = ⊥

Trang 30

Trang 31

1.3.5 HỆ SỐ PHẢN XẠ, XUYÊN SÁNG

VÀ HẤP THỤ ÁNH SÁNG

 Nếu có một lượng quang thông Fi

tới đập vào một bề mặt vật liệu

 Một phần của quang thông tới sẽ

xuyên qua vật liệu, ký hiệu là Fτ.

 Khi đó ta có: F i = F ρ + F α + F τ

Trang 32

1.3.5 HỆ SỐ PHẢN XẠ, XUYÊN SÁNG VÀ HẤP THỤ ÁNH SÁNG

Trang 33

Fτ

Trang 34

1.3.5 HỆ SỐ PHẢN XẠ, XUYÊN SÁNG VÀ HẤP THỤ ÁNH

SÁNG

 Giá trị của các hệ số ρ, α và τ thay đổi tùy theo đặc

tính quang học của các vật liệu Ví dụ:

Trang 35

 Định luật Lambert thiết lập

mối quan hệ giữa độ rọi E

Trang 36

 E - là độ rọi trên mặt nhận ánh sáng (mặt trước)

 L - là độ chói bức xạ sau khi xuyên sáng (mặt sau)

Trang 37

1.4 TIỆN NGHI NHÌN

1.4.1 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM SINH LÝ CỦA SỰ NHÌN

a, Khả năng phân biệt của mắt người: xác định bằng góc

(đo bằng phút) mà người quan sát có thể phân biệt được hai điểm hoặc hai vạch đặt gần nhau

 (Góc nhìn là góc tạo thành bởi hai đường thẳng nối điểm đầu

và điểm chân của vật quan sát đến quang tâm O của mắt)

 Sự nhìn là bình thường nếu góc phân biệt là một

phút Để đọc sách cần góc phân biệt 3-5 phút

 Khả năng phân biệt được xem xét khi định tiêu

chuẩn độ rọi cho các công việc khác nhau

Trang 38

b, Độ tương phản C: CIE định nghĩa độ tương phản C

như sau:

 Trong đó Lv và Ln – tương ứng là độ chói của vật

cần nhìn và của nền trên đó đặt vật

 C có thể dương (độ tương phản của vật sáng trên

nền tối) hoặc âm (độ tương phản của vật tối trên nền sáng)

 C thay đổi từ 0 cho đến 1

n n

n

v

L

L L

Trang 39

b, Độ tương phản C:

 Sự cảm thụ độ tương phản là yếu tố cần thiết để

phân biệt các vật và hình dạng của chúng

 Khi ΔL cực tiểu, kí hiệu là ΔLs, là độ chói nhỏ nhất

cần thêm vào độ chói của vật hoặc nền để có thể

phân biệt chúng, ta sẽ có ngưỡng tương phản

Ngưỡng tương phản, kí hiệu là Cn thay đổi theo độ chói của nền Ln

 Trị số nghịch đảo của ngưỡng tương phản

∆

=

1

Trang 40

Trang 41

1.4.2 SỰ CHÓI LÓA

 CIE phân biệt hai loại chói lóa

a, Chói lóa nhiễu: là sự chói lóa làm giảm khả năng nhìn

do nó làm tăng ngưỡng độ chói tương phản

b, Chói lóa mất tiện nghi: sảy ra khi có một vật có độ

chói cao nằm trong trường nhìn của mắt

 Thực nghiệm cho thấy, sự chói lóa mất tiện nghi

bắt đầu khi có độ chói vượt 5000 cd/m2 trong

trường nhìn (Độ chói nhỏ nhất mắt nhận biết

được là 10-5 cd/m2)

Trang 42

 Thực nghiệm cho thấy, sự chói lóa mất tiện nghi

càng tăng lên khi nguồn gây chói mằm sâu trong trường nhìn của mắt Quan hệ này được đánh giá qua góc γc (góc bảo vệ) và cảm giác mất tiện nghi

 Khi góc bảo vệ nhỏ hơn 450 thì sự chói lóa mất

tiện nghi không còn đáng kể thường trong các nhà công nghiệp chiếu sáng bằng đèn phóng điện

có chụp hở, người ta yêu cầu phải đảm bảo góc bảo vệ nhỏ hơn 600

Trang 43

Trang 44

Trang 45

1.4.3 ĐỘ RỌI YÊU CẦU Eyc, lx

 Là độ rọi trung bình trên mặt phẳng làm việc

(thường nằm ngang), cần thiết để tiến hành tốt nhất công việc Trong chiếu sáng, một độ rọi quá cao chưa chắc đã là một giải pháp chiếu sáng tốt nhất

 Độ rọi yêu cầu thường xác định bằng thực

nghiệm, nó phụ thuộc vào góc phân biệt các chi tiết tương ứng với mỗi loại công việc

Định dạng
Số trang	52
Dung lượng	4,04 MB
File đính kèm	Chieu sang thong gio.rar (5 MB)